DE29607963U1 - Piston engine with pressure relief gas outlet valves - Google Patents

Description

Bezeichnung: Kolbenbrennkraftinaschine mit druckentlastbarenDesignation: Piston combustion engine with pressure-relieving

GasauslaßventilenGas outlet valves

BeschreibungDescription

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit wenigstens einem Gaseinlaßventil und wenigstens einem Gasauslaßventil je Zylinder, muß das Gasauslaßventil gegen einen hohen Zylinderinnendruck öffnen. Das bedeutet, daß bei einem mechanischen Ventilantrieb über eine Nockenwelle hohe Öffnungskräfte aufgebracht werden müssen, die zum einen eine hohe mechanische Beanspruchung zwischen Nocken und Ventilschaft und eine hohe Reibarbeit in diesem Bereich bewirkt. Aus dem gleichen Grund müssen bei elektromagnetisch gesteuerten Ventiltrieben hohe Feder- und Magnetkräfte zur Verfügung gestellt werden, die das Energieversorgungssystem des Motors belasten und verteuern. Bei elektromagnetischen VentiItrieben ergibt sich zudem bei zunehmender Motorlast infolge des höheren Zylinderinnendrucks bei der Ansteuerung des Gasauslaßventils iⁿ die Ventilstellung "öffnen" eine Verzögerung in der Öffnungsbewegung. Diese Nachteile treten in verstärkter Weise im Vollastbetrieb und bei aufgeladenen Motoren auf.In piston internal combustion engines with at least one gas inlet valve and at least one gas outlet valve per cylinder, the gas outlet valve must open against a high internal cylinder pressure. This means that with a mechanical valve drive via a camshaft, high opening forces must be applied, which on the one hand causes high mechanical stress between the cam and the valve stem and high friction work in this area. For the same reason, electromagnetically controlled valve drives must provide high spring and magnetic forces, which put a strain on the engine's energy supply system and make it more expensive. With electromagnetic valve drives, there is also a delay in the opening movement when the gas outlet valve is controlled ^to the "open" valve position as the engine load increases due to the higher internal cylinder pressure. These disadvantages occur more frequently in full-load operation and in turbocharged engines.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, die eine Öffnung der Gasauslaßventile im Betrieb mit geringerem Kraftaufwand ermöglicht. The invention is based on the object of creating a piston internal combustion engine that enables the gas outlet valves to be opened during operation with less effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einer Gaseinlaßeinrichtung und wenigstens einer Gasauslaßeinrichtung je Zylinder, wobei zumindest die Gasauslaßeinrichtungen als Ventile ausgebildet und über Ventiltriebe ansteuerbar sind, und bei der jeweils das Gasauslaßventil auf seiner dem Zylinderinnenraum abgekehrten Seite mit Abstand zum Ventilteller mit einer Kolbenscheibe versehen ist, die in einem Druckausgleichsraum geführt ist, der über einen Druckausgleichskanal mit dem Zylinderinnenraum in Verbindung bringbar ist, soThis object is achieved according to the invention by a piston internal combustion engine with at least one gas inlet device and at least one gas outlet device per cylinder, wherein at least the gas outlet devices are designed as valves and can be controlled via valve drives, and in which the gas outlet valve is provided on its side facing away from the cylinder interior at a distance from the valve plate with a piston disk which is guided in a pressure compensation chamber which can be connected to the cylinder interior via a pressure compensation channel, so

daß die Kolbenscheibe in Öffnungsrichtung des Gasauslaßventils mit dem Zylinderinnendruck beaufschlagbar ist. Diese Anordnung kann sowohl für 2-Takt-Motore als auch für 4-Takt-Motore verwendet werden und hat den Vorteil, daß bei einer Druckbeaufschlagung des Druckausgleichsraumes kurz vor oder beim Betätigen des Gasauslaßventils die infolge des Zylinderinnendrucks in Schließrichtung auf den Ventilteller wirkende Kraft zumindest vermindert wird, so daß über den Ventiltrieb entsprechend verminderte Öffnungskräfte aufzubringen sind. Die Größe der über die Kolbenscheibe aufzubringenden Kraft richtet sich hierbei nach der Größe der mit dem Zylinderinnendruck beaufschlagbaren Fläche, die zweckmäßigerweise höchstens der Fläche des Ventiltellers entspricht. that the piston disc can be subjected to the internal cylinder pressure in the opening direction of the gas outlet valve. This arrangement can be used for both 2-stroke and 4-stroke engines and has the advantage that when the pressure equalization chamber is pressurized shortly before or when the gas outlet valve is operated, the force acting on the valve plate in the closing direction as a result of the internal cylinder pressure is at least reduced, so that correspondingly reduced opening forces must be applied via the valve drive. The size of the force to be applied via the piston disc depends on the size of the area to which the internal cylinder pressure can be applied, which should ideally correspond to at most the area of the valve plate.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß die Verbindung zwischen dem Druckausgleichsraum und dem Zylinderinnenraum über ein Ventil offen- und schließbar ist. Hierdurch ist eine gezielte Druckbeaufschlagung des Druckausgleichsraumes jeweils nur beim Expansionsund Gasausstoßhub des Kolbens zu bewerkstelligen.In a practical embodiment of the invention, it is provided that the connection between the pressure equalization chamber and the cylinder interior can be opened and closed via a valve. This allows a targeted pressurization of the pressure equalization chamber only during the expansion and gas discharge stroke of the piston.

Bei der Anordnung eines derartigen Ventils ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß diese in Abhängigkeit vom Druck im Zylinderinnenraum offenbar' ist. Dies ist insbesondere durch ein federbelastetes Ventil möglich, das in seiner Federhärte so eingestellt ist, daß die Schließkraft der Feder nur ab einer bestimmten Druckhöhe des Zylinderinnendrucks überwunden wird, was bei höheren Motorbelastungen, insbesondere im Vollastbereich, bei entsprechender Auslegung nur beim Gasausschubtakt der Fall ist. Die über den Druckausgleichsraum zumindest teilweise erzielbare Kraftkompensation findet dann im Teillastbereich nicht statt, ist jedoch in diesem Bereich auch von geringerer Bedeutung.When arranging such a valve, one embodiment of the invention provides that it is openable depending on the pressure in the cylinder interior. This is possible in particular by means of a spring-loaded valve, the spring hardness of which is set in such a way that the closing force of the spring is only overcome above a certain pressure level of the cylinder interior pressure, which at higher engine loads, especially in the full load range, is only the case during the gas exhaust stroke if the design is appropriate. The force compensation that can be achieved at least partially via the pressure compensation chamber then does not take place in the partial load range, but is also of lesser importance in this range.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ventil mit einem Ventiltrieb verbunden ist, derIn another embodiment of the invention, it is provided that the valve is connected to a valve train which

in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Gasauslaßventils ansteuerbar ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß eine Betätigung des die Verbindung zwischen Zylinderinnenraum und Druckausgleichsraum abschließenden Ventils über den gesamten Lastbereich des Motors erfolgt, so daß auch im Teillastbereich die zumindest teilweise mögliche Kraftkompensation ausgenutzt werden kann. Die gezielte Ansteuerung des Ventils in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Gasauslaßventils ist insbesondere auch für aufgeladene Motoren von Bedeutung, da durch dieses Ventil sichergestellt ist, daß ausschließlich während des Expansions- und Gasausstoßtaktes eine Öffnung des Ventils erfolgt.can be controlled depending on the control of the gas outlet valve. This design has the advantage that the valve closing the connection between the cylinder interior and the pressure compensation chamber is actuated over the entire load range of the engine, so that the at least partially possible force compensation can be used even in the partial load range. The targeted control of the valve depending on the control of the gas outlet valve is particularly important for turbocharged engines, since this valve ensures that the valve only opens during the expansion and gas exhaust stroke.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druckausgleichskanal im Bereich des Zylinderkopfes in den Zylinderinnenraum mündet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Druckausgleichskanal ebenfalls im Zylinderkopf angeordnet ist, so daß sich eine entsprechende Vereinfachung in der Fertigung ergibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Druckausgleichskanal nur eine geringe Länge aufweist, so daß hier im Druckausgleichsraum sehr schnell ein dem Zylinderinnendruck entsprechender Ausgleichsdruck aufgebaut werden kann. Ferner kann bei der Anordnung eines Ventils zum öffnen und Schließen des Druckausgleichskanals " dieses wie ein normales Motorenventil - wenn auch in geringerer Größe - ausgebildet sein und beispielsweise bei einem Nockenwellenantrieb über einen zusätzlichen Steuernocken kurz vor dem öffnen des Gasauslaßventils geöffnet werden. Bei elektromagnetischen Ventiltrieben ist ein entsprechender elektromagnetischer Antrieb für das Ventil vorzusehen, der das Ventil in Anhängigkeit von der Ansteuerung des Gasauslaßventils so ansteuert, daß dieses kurz vor dem öffnen des Gasauslaßventils öffnet.In one embodiment of the invention, it is provided that the pressure equalization channel opens into the cylinder interior in the area of the cylinder head. This arrangement has the advantage that the pressure equalization channel is also arranged in the cylinder head, resulting in a corresponding simplification in production. A further advantage is that the pressure equalization channel is only a short length, so that a compensation pressure corresponding to the cylinder interior pressure can be built up very quickly in the pressure equalization chamber. Furthermore, when arranging a valve for opening and closing the pressure equalization channel, this can be designed like a normal engine valve - albeit smaller - and, for example, in the case of a camshaft drive, can be opened via an additional control cam shortly before the gas outlet valve opens. In the case of electromagnetic valve drives, a corresponding electromagnetic drive must be provided for the valve, which controls the valve depending on the control of the gas outlet valve so that it opens shortly before the gas outlet valve opens.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druckausgleichkanal im Bereich der Zylinderwandung in den Zylinderinnenraum mündet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Mündung des Druckausgleichskanals in denIn another embodiment of the invention, it is provided that the pressure equalization channel opens into the cylinder interior in the area of the cylinder wall. This arrangement has the advantage that the opening of the pressure equalization channel into the

Zylinderinnenraum zumindest über einen Teil der Kolbenbewegung abgedeckt ist, insbesondere während des Hochdruckteils des Arbeitshubes, so daß auch ohne ein zusätzliches Ventil zum Abschluß des Druckausgleichskanals eine Beaufschlagung des Druckausgleichsraumes in Öffnungsrichtung über den Zylinderinnendruck unterbunden ist. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Ausmündung des Druckausgleichskanals in den Zylinderinnenraum nur bei einer Kolbenstellung im Bereich des unteren Totpunktes freiliegt und im übrigen durch den Kolben überdeckt wird. Der Druckausgleichskanal ist hierbei nur kurzzeitig geöffnet. Dies reicht jedoch aus, um durch den im Druckausgleichsraum zu diesem Zeitpunkt wirksam werdenden Druckstoß das Gasauslaßventil mit einer Gegenkraft zu beaufschlagen und so den Ventiltrieb zu entlasten.The cylinder interior is covered at least for part of the piston movement, especially during the high pressure part of the working stroke, so that even without an additional valve to close off the pressure equalization channel, the pressure equalization chamber is prevented from being pressurized in the opening direction by the cylinder interior pressure. It is useful here if the outlet of the pressure equalization channel into the cylinder interior is only exposed when the piston is in the area of the bottom dead center and is otherwise covered by the piston. The pressure equalization channel is only open for a short time. However, this is sufficient for the pressure surge that takes effect in the pressure equalization chamber at this time to apply a counterforce to the gas outlet valve and thus relieve the valve train.

Schon aus herstellungstechnischen Gründen ist der Druckausgleichsraum zweckmäßigerweise zumindest über einen Teil seiner Länge zylindrisch ausgebildet. Zweckmäßig ist es ferner, wenn der Außendurchmesser der Kolbenscheibe etwas geringer ist als der lichte Durchmesser des Druckausgleichsraumes. Wird der Druckausgleichsraum so angeordnet, daß er nur bei geschlossenem oder nahezu geschlossenem Gasauslaßventil durch die Kolbenscheibe gegenüber dem Gasauslaßkanal abgeschlossen ist, dann ist durch diese Anordnung gewährleistet, daß beim Schließen des Gasauslaßventils das im "Druckausgleichsraum befindliche Gasvolumen in den Gasauslaßkanal entweichen kann. Andererseits bewirkt der geringe Spalt zwischen dem Rand der Kolbenscheibe und der zylindrischen Wandung des Druckausgleichsraums, daß trotzdem bei der plötzlichen Druckbeaufschlagung des Druckausgleichsraums über den Druckausgleichskanal mit dem Zylinderinnendruck die Kolbenscheibe praktisch mit dem vollen Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird.For manufacturing reasons alone, the pressure equalization chamber is expediently cylindrical over at least part of its length. It is also expedient if the outside diameter of the piston disc is slightly smaller than the inside diameter of the pressure equalization chamber. If the pressure equalization chamber is arranged in such a way that it is only closed off from the gas outlet channel by the piston disc when the gas outlet valve is closed or almost closed, then this arrangement ensures that when the gas outlet valve is closed, the gas volume in the "pressure equalization chamber" can escape into the gas outlet channel. On the other hand, the small gap between the edge of the piston disc and the cylindrical wall of the pressure equalization chamber means that when the pressure equalization chamber is suddenly pressurized with the cylinder's internal pressure via the pressure equalization channel, the piston disc is subjected to practically the full pressure in the opening direction.

5 Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:5 The invention is explained in more detail using schematic drawings of embodiments. They show:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einenFig. 1 a vertical section through a

Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem im Bereich der Zylinderwandung ausmündenden Druckausgleichskanal bei einer Kolbenstellung im unterenCylinder of a piston internal combustion engine with a pressure equalization channel opening out in the area of the cylinder wall when the piston is in the lower

Totpunkt,dead center,

Fig. 2 die Ausführungsform gem. Fig. 1 imFig. 2 the embodiment according to Fig. 1 in

oberen Totpunkt,
10top dead center,
10

Fig. 3 eine Abwandlung der AusführungsformFig. 3 a modification of the embodiment

gem. Fig. 1 mit einem Ventil für denacc. to Fig. 1 with a valve for the

Druckausgleichskanal,Pressure equalization channel,

Fig. 4 eine Ansicht gegen den ZylinderkopfFig. 4 a view against the cylinder head

mit einem im Bereich des Zylinderkopfs ausmündenden Druckausgleichskanal,with a pressure equalization channel opening into the cylinder head area,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch den Zylinder-Fig. 5 a partial section through the cylinder

kopf gem. der Linie V-V in Fig. 4,head according to line V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen Teilschnitt durch den ZylinderFig. 6 a partial section through the cylinder

kopf gem. der Linie VI-VI in Fig. 4,head according to line VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 eine Ansicht des Zylinderkopfs gem.Fig. 7 is a view of the cylinder head according to.

Fig. 4 mit der Anordnung von zwei Gasauslaßventilen. Fig. 4 with the arrangement of two gas outlet valves.

Der in Fig. 1 in einem Schnitt dargestellte Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine ist an seinem oberen Ende durch einen Zylinderkopf 2 abgeschlossen. Im Zylinderkopf ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein mit dem Zylinderinnenraum 3 in Verbindung stehender Gaseinlaßkanal 4 und ein mit dem Zylinderraum 3 in Verbindung stehender Gasauslaßkanal 5 vorgesehen. Der Gaseinlaßkanal 4 ist durch ein das Einlaßventil 6 und der Gasauslaßkanal 5 ist durch ein Gasauslaßventil 7 gegenüber dem Zylinderinnen-The cylinder of a piston internal combustion engine shown in a section in Fig. 1 is closed at its upper end by a cylinder head 2. In the cylinder head in the embodiment shown here, a gas inlet channel 4 connected to the cylinder interior 3 and a gas outlet channel 5 connected to the cylinder interior 3 are provided. The gas inlet channel 4 is closed off from the cylinder interior by an inlet valve 6 and the gas outlet channel 5 is closed off from the cylinder interior by a gas outlet valve 7.

raum 3 abschließbar. Die beiden Gaswechselventile 6 und sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils mit einem elektromagnetischen Ventilantrieb 8 versehen, die beide bei dem hier dargestellten augenblicklichen Betriebspunkt so angesteuert sind, daß die Gaswechselventile 6 und 7 beide in Schließstellung gehalten sind.chamber 3 can be locked. The two gas exchange valves 6 and 7 are each provided with an electromagnetic valve drive 8 in the embodiment shown here, both of which are controlled at the current operating point shown here so that the gas exchange valves 6 and 7 are both held in the closed position.

Die elektromagnetischen Ventilantriebe 8 werden im wesentlichen durch zwei mit Abstand zueinander angeordnete Elektromagneten 9 gebildet, zwischen denen ein Anker 10 gegen die Wirkung der Ventilfeder 11 und einer Rückstellfeder je nach Ansteuerung der Magneten 9 hin und her jeweils aus der öffnungs- in die Schließstellung und wieder zurück bewegbar ist.The electromagnetic valve drives 8 are essentially formed by two electromagnets 9 arranged at a distance from one another, between which an armature 10 can be moved back and forth from the open to the closed position and back again against the action of the valve spring 11 and a return spring, depending on the control of the magnets 9.

Das Gasauslaßventil ist auf seiner dem Zylinderinnenraum abgekehrten Seite und mit Abstand zum Ventilteller 7.1 mit einer Kolbenscheibe 13 versehen, die in einem im Zylinderkopf 2 angeordneten Druckausgleichsraum 14 geführt ist.The gas outlet valve is provided on its side facing away from the cylinder interior and at a distance from the valve plate 7.1 with a piston disk 13 which is guided in a pressure compensation chamber 14 arranged in the cylinder head 2.

Der Druckausgleichsraum ist bei der hier dargestellten Ausführungsform zylindrisch ausgebildet und die Kolbenscheibe 13 ebenfalls als Kreisscheibe ausgebildet, wobei der Außendurchmesser der Kolbenscheibe 13 etwas kleiner ist als der lichte Innendurchmesser des Druckausgleichsraums Der verbleibende Spalt zwischen der Innenwandung des Druckausgleichsraums 14 und der Außenkante der Kolbenscheibe beträgt beispielsweise 0,1 mm, so daß bei einer Bewegung des Gasauslaßventils 7 die Kolbenscheibe 13 sich freigängig und reibungsfrei im Druckausgleichsraum 14 bewegen kann.In the embodiment shown here, the pressure equalization chamber is cylindrical and the piston disk 13 is also designed as a circular disk, whereby the outer diameter of the piston disk 13 is slightly smaller than the clear inner diameter of the pressure equalization chamber. The remaining gap between the inner wall of the pressure equalization chamber 14 and the outer edge of the piston disk is, for example, 0.1 mm, so that when the gas outlet valve 7 moves, the piston disk 13 can move freely and without friction in the pressure equalization chamber 14.

Der Druckausgleichsraum 14 ist in seiner Länge hierbei so bemessen, daß er in Öffnungsstellung des Gasauslaßventils 7 in freier Verbindung mit dem Gasauslaßkanal 5 steht.The length of the pressure equalization chamber 14 is such that it is freely connected to the gas outlet channel 5 when the gas outlet valve 7 is in the open position.

Der Druckausgleichsraum 14 steht über einen Druckausgleichskanal 15 mit dem Zylinderinnenraum 3 in Verbindung. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Druckausgleichskanal zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teilkanal 15.1The pressure compensation chamber 14 is connected to the cylinder interior 3 via a pressure compensation channel 15. In the embodiment shown here, the pressure compensation channel is designed in two parts, with a partial channel 15.1

im Zylinderkopf 2 verläuft, während der zweite Teilkanal 15.2 im Motorblock verläuft. Der Druckausgleichskanal 15 mündet über eine öffnung 16 in der Zylinderwandung 17 in den Zylinderinnenraum 3 ein. Die Mündung 16 ist hierbei so angeordnet, daß sie, wie Fig. 1 zeigt, freiliegt, wenn der Kolben 18 sich in der unteren Totpunktstellung befindet, so daß die Mündung 16 bei der Aufwärtsbewegung vom Kolben 18 abgedeckt wird und auch dann abgedeckt bleibt, wenn der Kolben, wie in Fig. 2 dargestellt, die obere Totpunktstellung erreicht hat. Hierbei kann bei Kolben mit kurzer Bauhöhe am Kolbenschaft ein zusätzlicher Ansatz 19 vorgesehen sein, der in der oberen Totpunktstellung die Öffnung 16 abgedeckt hält, so daß der Druckausgleichskanal 15 auch in der oberen Totpunktstellung bei kurzen Kolben keine Verbindung mit dem Kurbelraum erhält.in the cylinder head 2, while the second partial channel 15.2 runs in the engine block. The pressure equalization channel 15 opens into the cylinder interior 3 via an opening 16 in the cylinder wall 17. The opening 16 is arranged in such a way that, as shown in Fig. 1, it is exposed when the piston 18 is in the bottom dead center position, so that the opening 16 is covered by the piston 18 during the upward movement and also remains covered when the piston has reached the top dead center position, as shown in Fig. 2. In the case of pistons with a short overall height, an additional projection 19 can be provided on the piston shaft, which keeps the opening 16 covered in the top dead center position, so that the pressure equalization channel 15 does not have a connection to the crank chamber even in the top dead center position with short pistons.

Die Anordnung arbeitet wie folgt: Bewegt sich der Kolben 18 bei geöffnetem Gaseinlaßventil 6 aus der oberen Totpunktstellung in die untere Totpunktstellung, dann ist beim Erreichen der unteren Totpunktstellung der Zylinderinnendruck bei einem nicht aufgeladenen Motor so gering, daß trotz der freien Verbindung des Zylinderinnenraums 3 mit dem Druckausgleichsraum 14 über den Druckausgleichskanal 15 keine Beaufschlagung der Kolbenscheibe 13 in Öffnungsrichtung des Gasauslaßventils "erfolgt. Sobald das Gaseinlaßventil schließt und der Kolben 18 sich in die obere Totpunktstellung bewegt, wird der Druckausgleichskanal 15 noch vor einem nennenswerten Druckanstieg im Zylinderinnenraum durch den Kolben selbst verschlossen, so daß im Zylinderinnenraum die volle Verdichtung der Zylinderfüllung erzielt werden kann und im anschließenden Arbeitshub der Kolben 18 sich wieder in die untere Totpunktstellung bewegen kann.The arrangement works as follows: If the piston 18 moves from the top dead center position to the bottom dead center position with the gas inlet valve 6 open, then when the bottom dead center position is reached, the cylinder internal pressure in a non-charged engine is so low that, despite the free connection of the cylinder interior 3 with the pressure compensation chamber 14 via the pressure compensation channel 15, the piston disk 13 is not subjected to pressure in the opening direction of the gas outlet valve. As soon as the gas inlet valve closes and the piston 18 moves to the top dead center position, the pressure compensation channel 15 is closed by the piston itself before a significant increase in pressure in the cylinder interior occurs, so that the full compression of the cylinder charge can be achieved in the cylinder interior and in the subsequent working stroke the piston 18 can move back to the bottom dead center position.

Sobald gegen Ende des Arbeitshubes der Kolben 18 die untere Totpunktstellung nahezu erreicht hat, wird die Mündung 16 des Druckausgleichskanals 15 vom Kolben freigegeben, so daß der nunmehr noch hohe Zylinderinnendruck über den Druckausgleichskanal 15 im Druckausgleichsraum 14 wirksamAs soon as the piston 18 has almost reached the bottom dead center position towards the end of the working stroke, the opening 16 of the pressure compensation channel 15 is released by the piston, so that the still high cylinder internal pressure is effectively released via the pressure compensation channel 15 in the pressure compensation chamber 14.

werden kann und die Kolbenscheibe 13 in Öffnungsrichtung beaufschlagen kann, so daß der vom Zylinderinnenraum 3 auf den Ventilteller 7.1 wirkende Zylinderinnendruck entsprechend dem Flächenverhältnis von Ventilteller 7.1 und Kolbenscheibe 13 kompensiert werden kann, so daß zur Betätigung des Gasauslaßventils 7 eine wesentlich geringere Öffnungskraft aufgebracht werden muß.can be acted upon and the piston disk 13 can be acted upon in the opening direction, so that the internal cylinder pressure acting from the cylinder interior 3 on the valve plate 7.1 can be compensated according to the area ratio of the valve plate 7.1 and the piston disk 13, so that a significantly lower opening force must be applied to actuate the gas outlet valve 7.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen dem Aufbau der an von Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform, so daß auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.The embodiment shown in Fig. 3 corresponds essentially to the structure of the embodiment described in Figs. 1 and 2, so that reference can be made to the above description. Identical components are provided with the same reference numerals.

Die Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 3 besteht darin, daß die Mündung 16 des Druckausgleichskanals durch ein Ventil 20 gegenüber dem Zylinderinnenraum 3 verschließbar ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Ventil 20 durch eine Schließfeder 21 in Schließstellung gehalten, die so ausgelegt ist, daß nur bei einer bestimmten Druckbeaufschlagung das Ventil 20 geöffnet wird. Eine derartige Ausführungsform kann beispielsweise bei aufgeladenen Motoren eingesetzt werden, wobei die Schließfeder 21 so ausgelegt ist, daß das Ventil 20 zu Beginn 5 des Verdichtungshubes gegenüber dem erhöhten Zylinderinnendruck in Schließstellung gehalten wird und lediglich kurz vor Erreichen der unteren Totpunktstellung gegen Ende des Expansionshubes infolge des dann höheren Zylinderinnendrucks kurzzeitig öffnet, so daß die gewünschte Druckbeaufschlagung der Kolbenscheibe 13 im Druckausgleichsraum 14 kurz vor der Öffnungsbewegung des Gasauslaßventils 7 erfolgt. Bei den gezeigten Anordnungen nach Fig. 1, 2 und 3 können auch zwei oder mehr Auslaßventile gleichzeitig beaufschlagt werden.The modification of the embodiment according to Fig. 3 consists in that the opening 16 of the pressure equalization channel can be closed off from the cylinder interior 3 by a valve 20. In the embodiment shown here, the valve 20 is held in the closed position by a closing spring 21, which is designed so that the valve 20 is only opened when a certain pressure is applied. Such an embodiment can be used, for example, in supercharged engines, with the closing spring 21 being designed so that the valve 20 is held in the closed position at the beginning 5 of the compression stroke against the increased cylinder internal pressure and only opens briefly shortly before reaching the bottom dead center position towards the end of the expansion stroke as a result of the then higher cylinder internal pressure, so that the desired pressurization of the piston disk 13 in the pressure equalization chamber 14 takes place shortly before the opening movement of the gas outlet valve 7. In the arrangements shown in Fig. 1, 2 and 3, two or more outlet valves can also be actuated simultaneously.

In Fig. 4 ist eine Ansicht des Zylinderkopfes von unten dargestellt bei einer Anordnung von zwei GaseinlaßventilenFig. 4 shows a view of the cylinder head from below with an arrangement of two gas inlet valves

6.1 und 6.2 und einem Gasauslaßventil 7. Der Gasauslaßkanal 5 ist schematisch angedeutet.6.1 and 6.2 and a gas outlet valve 7. The gas outlet channel 5 is indicated schematically.

Wie die zugehörige Schnittdarstellung in Fig. 5 erkennen läßt, ist dem Druckausgleichskanal 15 im Bereich des Zylinderkopfes ein Ventil 20 zugeordnet, das in Form und Aufbau dem Gasauslaßventil 7 entspricht, jedoch eine gegenüber der Fläche des Ventiltellers 7.1 des Gasauslaßventils 7 deutlich kleinere Fläche seines Ventiltellers 20.1 aufweist.As can be seen from the associated sectional view in Fig. 5, the pressure equalization channel 15 in the area of the cylinder head is assigned a valve 20 which corresponds in shape and structure to the gas outlet valve 7, but has a significantly smaller area of its valve plate 20.1 compared to the area of the valve plate 7.1 of the gas outlet valve 7.

Das Ventil 20 wird bei dieser Ausführungsform über einen eigenen Ventilantrieb bei elektromagnetischen Ventilantrieben oder bei einem Nockenwellenantrieb über einen Zusatznocken an der das Gasauslaßventil 7 betätigenden Nockenwelle betätigt. Da bei dieser Anordnung der Gasausgleichskanal 15 gegenüber der Ausführungsform gem. Fig. 1 sehr kurz ist, kann der gewünschte Druckausgleich zwischen dem Zylinderinnenraum und dem Druckausgleichsraum 14 und damit die entsprechende Druckbeaufschlagung der Kolbenscheibe 13 sehr schnell erfolgen.In this embodiment, the valve 20 is actuated by its own valve drive in the case of electromagnetic valve drives or, in the case of a camshaft drive, by an additional cam on the camshaft that actuates the gas outlet valve 7. Since in this arrangement the gas equalization channel 15 is very short compared to the embodiment according to Fig. 1, the desired pressure equalization between the cylinder interior and the pressure equalization chamber 14 and thus the corresponding pressurization of the piston disk 13 can take place very quickly.

Fig. 6 zeigt in einem Schnitt entsprechend der Linie VI-VI in Fig. 4 die Zuordnung des Druckausgleichskanals zum Gasauslaßkanal 5.Fig. 6 shows in a section according to the line VI-VI in Fig. 4 the assignment of the pressure equalization channel to the gas outlet channel 5.

In einer Fig. 4 entsprechenden Aufsicht ist in Fig. 7 eine Anordnung dargestellt, bei der neben zwei Gaseinlaßventilen 6.1 und 6.2 zwei Gasauslaßventile 7.2 und 7.3 vorgesehen sind, bei denen zwei Druckausgleichskanale 15.3 und 15.4 im Zylinderkopf vorgesehen sind, die über ein gemeinsames Ventil 20 gegenüber dem Zylinderinnenraum 2 offenbar sind.In a plan view corresponding to Fig. 4, Fig. 7 shows an arrangement in which, in addition to two gas inlet valves 6.1 and 6.2, two gas outlet valves 7.2 and 7.3 are provided, in which two pressure equalization channels 15.3 and 15.4 are provided in the cylinder head, which are open to the cylinder interior 2 via a common valve 20.

Claims (10)

10 Ansprüche10 Claims 1. Kolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einer Gaseinlaßeinrichtung (6) und wenigstens einer Gasauslaßeinrichtung1. Piston internal combustion engine with at least one gas inlet device (6) and at least one gas outlet device (7) je Zylinder, wobei zumindest die Gasauslaßeinrichtungen(7) per cylinder, wherein at least the gas outlet devices (7) als Ventile ausgebildet sind und über Ventiltriebe(7) are designed as valves and have valve drives (8) ansteuerbar sind, und bei der jeweils das Gasauslaßventil auf seiner dem Zylinderinnenraum (3) abgekehrten Seite(8) can be controlled, and in which the gas outlet valve on its side facing away from the cylinder interior (3) mit Abstand zum Ventilteller (7.1) mit einer Kolbenscheibe (13) versehen ist, die in einem Druckausgleichsraum (14) geführt ist, der über einen Druckausgleichskanal (15) mit dem Zylinderinnenraum in Verbindung bringbar ist, so daß die Kolbenscheibe (13) in Öffnungsrichtung des Gasauslaßventils (7) mit dem Zylinderinnendruck beaufschlagbar ist. 15at a distance from the valve plate (7.1) is provided with a piston disk (13) which is guided in a pressure compensation chamber (14) which can be connected to the cylinder interior via a pressure compensation channel (15) so that the piston disk (13) can be subjected to the cylinder internal pressure in the opening direction of the gas outlet valve (7). 15 2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Druckausgleichsraum (14) und dem Zylinderinnenraum (3) über ein Ventil2. Piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the connection between the pressure compensation chamber (14) and the cylinder interior (3) via a valve (20) offen- und schließbar ist.(20) can be opened and closed. 3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (20) in Abhängigkeit vom Druck im Zylinderinnenraum (3) offenbar ist.3. Piston internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the valve (20) is openable depending on the pressure in the cylinder interior (3). 5 4. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (20) mit einem Ventiltrieb verbunden ist, der in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Gasauslaßventils (7) ansteuerbar ist.5 4. Piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the valve (20) is connected to a valve drive which can be controlled in dependence on the control of the gas outlet valve (7). 5. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal (15) im Bereich des Zylinderkopfes (2) in den Zylinderinnenraum (3) mündet.5. Piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure equalization channel (15) opens into the cylinder interior (3) in the region of the cylinder head (2). 6. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal (15) im Bereich der Zylinderwandung (17) in den Zylinderinnenraum (3) mündet.6. Piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure equalization channel (15) opens into the cylinder interior (3) in the region of the cylinder wall (17). 7. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmündung (16) des Druckausgleichskanals (15) in den Zylinderinnenraum (3) nur bei einer Kolbenstellung im Bereich des unteren Totpunktes freiliegt, im übrigen durch den Kolben (18) überdeckt ist.7. Piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the outlet (16) of the pressure equalization channel (15) into the cylinder interior (3) is only exposed when the piston is in the region of the bottom dead center, and is otherwise covered by the piston (18). 8. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichsraum (14) zumindest über einen Teil seiner Länge zylindrisch ausgebildet ist.8. Piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pressure equalization chamber (14) is cylindrical at least over part of its length. 9. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Kolbenscheibe (13) geringer ist als der lichte Durchmesser des Druckausgleichsraums (14).9. Piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the outer diameter of the piston disk (13) is smaller than the inside diameter of the pressure compensation chamber (14). 10. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9/ dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Zylinderinnendruck beaufschlagbare Fläche der Kolbenscheibe (13) in ihrer Größe höchstens der Fläche des Ventiltellers (7.1) entspricht.10. Piston internal combustion engine according to one of claims 1 to 9/ characterized in that the area of the piston disk (13) that can be subjected to the internal cylinder pressure corresponds in size to at most the area of the valve plate (7.1).